【《某码垛机器人臂部机构有限元分析案例》1900字】

PAGEPAGE2某码垛机器人臂部机构有限元分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u17563某码垛机器人臂部机构有限元分析案例 146111.1引言 1238121.2有限元分析方法介绍 1323891.3静力学分析简述 2322311.1.1静力学分析类型 2209331.1.2结构线性静力分析的基本步骤 299961.4码垛机器人小臂有限元校核 381301.4.1边界条件 3190501.4.2计算结果 3206791.4.3 结果分析 51.1引言有限元法应力分析的目的是确定机械结构在外力作用下的应力和变形，并确定机体结构在不同的重载时是否满足既定的强度和刚度要求。分析结果的准确性通常取决于通过强度分析获得的边界条件。1.2有限元分析方法介绍所谓的有限元，就是一组离散元素。有限元的概念在几个世纪前就出现并应用了。例如，数学家使用变量（即线性单元法）来近似一个圆，以获得圆的周长。有限元法（FEM），最初称为矩阵近似法，适用于飞机结构强度的校核。由于该方法方便、实用、有效，很快引起了科学家的兴趣。经过几十年的研究，依托当时计算机技术的快速发展和推广，有限元分析方法从结构工程强度分析迅速扩展到几乎所有的科学技术领域，得到了广泛的应用，是一种有效的数字分析方法。有限元分析的基本原理是用简单问题代替复杂问题，然后加以解决。解域由非常小的相关联的子域（即有限元）组成。对每一个单元假定一个合适的（即较简单的）近似解，然后推导求解这个域的总体满足条件（如机构的平衡条件），从而就得到问题的解。这个解不是一个精确的解，而是近似解，因为真正的复杂问题被一个简单的问题所取代。事实上，大多数实际问题都很难找到精确的解，通过对有限元分析得到的结果足以适应不同复杂结构的分析。1.3静力学分析简述1.1.1静力学分析类型静力学作为力学的一个分支，是研究物体在力的作用下处于平衡的规律，以及如何建立各种力系的平衡条件。在静力学中力的合成、分解和力系简化的研究结果可以直接应用于动力学。因此，静力学在工程中具有重要的实用意义。静力学分析用于计算结构在固定不变的负载作用下的响应，也就是说，由于稳定的外部负荷而产生的系统或部件的位移、应力、随机应变和力，对应固定不变的负荷，在结构静力学分析中，结构性的响应也固定不变。在结构静力学分析过程中，一般都假定载荷和响应固定不变，或假定载荷和结构的响应随时间的变化非常缓慢。一般来讲，静力分析所处理的载荷通常包括∶位移载荷、稳定的惯性力、外部施加的作用力、温度载荷、能流载荷。1.1.2结构线性静力分析的基本步骤基于Ansys进行静力分析的基本步骤一般包括建模、加载求解和检查分析结果三个步骤。a.建立有限元模型先建立或导入几何模型，然后定义单元类型、单元实常数、材料模型及其参数，最后再进行网格划分。b.加载求解
（1）加载的方法。在Ansys的分析过程中，都要给所要分析的模型添加约束和载荷，其添加的方法可以分为两类∶
第一类是将约束和载荷加载在几何模型上，即直接加载在几何模型的点、线、面和体上；第二类将约束和载荷加载在有限元模型上，即加载在节点和单元上。
（2）约束类型。约束主要有自由度约束，其主要是位移约束，通常在模型的边界上施加。此外，位移也可以表征对称的边界和已知的运动点，标定方向由节点的坐标决定。（3）载荷类型。载荷主要有集中力和力矩、惯性载荷（重力、旋转惯性力）、面载荷（如压力）、体载荷和温度载荷（TEMP）等。c.检查分析结果本章在对码垛机器人的零部件进行有限元分析时，采用Ansys默认单位，即长度单位为mm（毫米），弹性模量单位为N/mm²，密度单位为kg/mm²。按这种单位制进行有限元分析，得到的变形尺寸单位为mm，应力单位为MPa。1.4码垛机器人小臂有限元校核1.4.1边界条件 a.受力条件上臂受力约束简图如图3-1所示，其中F1为机器人末端重量，机器人在码垛的过程中，考虑向上提包时伺服电动机加速阶段会有加速度，因此取F1为3倍机器人末端执行器的重量，即F1=3×GF而F3是机器人整体回转给上臂带来的惯性力，F位移条件∶上臂的中间轴孔内壁设为位移条件为零。单元、单位和其他设定∶有限元单元采用5级精度自由网格划分，长度单位采用毫米，弹性模量206×103N图3-1码垛机器人小臂受力约束简图Figure3-1Forceconstraintdiagramofpalletizingrobotsmallarm1.4.2计算结果小臂综合应变（变形）如图3-2所示，x向应变如图3-3所示，y向应变如图3-3所示，z向应变如图3-3所示。图3-2码垛机器人小臂综合变形图Figure3-2Comprehensivedeformationdiagramofsmallarmofpalletizingrobot图3-3码垛机器人小臂x向变形图Figure3-3X-directiondeformationdiagramofsmallarmofpalletizingrobot图3-4码垛机器人小臂y向变形图Figure3-4Y-directiondeformationdiagramofsmallarmofpalletizingrobot图3-5码垛机器人小臂z向变形图Figure3-5Z-directiondeformationdiagramofsmallarmofpalletizingrobot1.4.3 结果分析由小臂的综合变形可知其变形为4.6mm，显然变形过大，但这并不是最终结果。通过查材料手册知道45号钢的屈服极限是355MPa，抗拉强度600MPa。由有限元静力学分析出的结果可以得